Η Σχολή | Προσωπικό | Σπουδές | Έρευνα | εκτύπωση

Τίτλος Μαθήματος

Χημική Κινητική (7.2.24.8)

Εξάμηνο Διδασκαλίας

Κατ' Επιλογή Υποχρεωτικό Μάθημα Κατεύθυνσης Μεταλλουργικών Διεργασιών: 8ου Εξαμήνου

Ωριαίο Πρόγραμμα

Ώρες Διδασκαλίας Ώρες Ασκήσεων
Εργαστηριακές Φροντιστηριακές
3 - 1

Ωρολόγιο Πρόγραμμα

-

Διδάσκοντες

Ηλιάνα Χαλικιά , Καθηγήτρια
Διδακτικό και Ερευνητικό Προσωπικό (Δ.Ε.Π)
Σχολή Μηχανικών Μεταλλείων-Μεταλλουργών , Τομέας Μεταλλουργίας και Τεχνολογίας Υλικών
2 Όροφος , Γραφείο 2.8
Τηλ. +30 210 772 2188 , +30 210 772 2218 (FAX)
e-mail: halikiaATmetal.ntua.gr

Βιβλία Διδασκαλίας

Η. Χαλικιά, «Χημική Κινητική-Εφαρμογή στη Μεταλλουργία»

Επιπρόσθετη Βιβλιογραφία

  • Levenspiel O. : “Chemical reaction engineering”, John Wiley and Sons, N.Y., 1972.
  • Sohn H.Y. and Wadsworth M.E. : “Rate processes of Extractive Metallurgy”, Plenum Press, N.Y., 1979.
  • Szekely J., Evans J.W. , Sohn H.Y. “Gas- Solid Reactions”, Academic Press, N.Y., 1976.
  • Smith J.M. “Chemical Engineering Kinetics”, Mc-Graw Hill Book Co., 1981.
  • Habashi F. “Kinetics of metallurgical Processes”, Quebec, 1999.

Σύντομη περιγραφή της ύλης

Το αντικείμενο του μαθήματος αποτελεί μία από τις δύο βασικές επιστήμες της χημείας των αντιδράσεων (χημική θερμοδυναμική- χημική κινητική) και κατ’ επέκταση της χημικής μεταλλουργίας. Το μάθημα αποτελείται από διδασκαλία θεωρίας και επίλυση προβλημάτων από πίνακα. Αντικείμενο του μαθήματος είναι η μελέτη των ταχυτήτων των χημικών αντιδράσεων και των παραγόντων που τις επηρεάζουν, η μεθοδολογία πραγματοποίησης κινητικής έρευνας στο εργαστήριο και η επεξεργασία των πειραματικών αποτελεσμάτων, με σκοπό τον προσδιορισμό της εξίσωσης ταχύτητας που επαληθεύει τα πειραματικά δεδομένα. Η εξίσωση αυτή θα χρησιμοποιηθεί στη συνέχεια, στο σχεδιασμό του βιομηχανικού αντιδραστήρα, όπου θα πραγματοποιηθεί η χημική διεργασία για την παραγωγή προϊόντος. Το περιεχόμενο του μαθήματος ξεκινά με την ομογενή κινητική και ακολουθούν τα ετερογενή συστήματα που αφορούν και τις διεργασίες παραγωγής υλικών από πρώτες ύλες. Αναπτύσσονται κατ' αρχήν οι βασικές έννοιες της επιστήμης της χημικής κινητικής και ακολουθεί ο μαθηματικός χαρακτηρισμός των κινητικών συστημάτων, προκειμένου ο σπουδαστής να εξοικειωθεί με τις βασικές αρχές της κινητικής. Στη συνέχεια αναπτύσσεται η μεθοδολογία πραγματοποίησης κινητικής έρευνας στο εργαστήριο, δηλ. αναφέρονται οι πειραματικές τεχνικές στις κινητικές μελέτες, που είναι οι πειραματικές μέθοδοι που χρησιμοποιούνται για την παρακολούθηση της εξέλιξης μιας αντίδρασης με το χρόνο. Ακολουθεί η ερμηνεία των πειραματικών αποτελεσμάτων, δηλαδή οι μέθοδοι που χρησιμοποιούνται για την επεξεργασία των πειραματικών δεδομένων, προκειμένου να προσδιοριστεί η εξίσωση ταχύτητας. Η ετερογενής κινητική εξετάζεται κατ’ αρχήν με την κατηγορία των καταλυτικών αντιδράσεων, όπου μελετάται το φαινόμενο της κατάλυσης από άποψη μηχανισμού, εκφράσεων ταχύτητας, και φυσικού χαρακτηρισμού ετερογενών καταλυτών. Η κινητική στερεού-ρευστού, που εξετάζεται στη συνέχεια, αφορά κατ' εξοχήν τις διεργασίες της εξαγωγικής μεταλλουργίας, για την παραγωγή υλικών από την κατεργασία πρώτων υλών, και η οποία ανήκει στις ετερογενείς μη καταλυτικές αντιδράσεις στερεού-ρευστού, όπου, σε αντίθεση με τις καταλυτικές, το στερεό καταναλώνεται συμμετέχοντας στην αντίδραση. Αναπτύσσονται οι ιδιομορφίες στην έκφραση ταχύτητας των συστημάτων αυτών και οι επιδράσεις της γεωμετρίας του στερεού και των φαινομένων μεταφοράς στην κινητική αυτών των αντιδράσεων. Οι επιδράσεις αυτές εξετάζονται στα πλαίσια των κινητικών μοντέλων, που έχουν αναπτυχθεί για να περιγράψουν τον τρόπο αλληλεπίδρασης μεταξύ στερεού – ρευστού, την αλλαγή της εσωτερικής και εξωτερικής γεωμετρίας του στερεού αντιδρώντος, και οι διαφορικές εξισώσεις που τα συνοδεύουν, δίδουν λόγο για την επίδραση των φαινομένων μεταφοράς στην ταχύτητα. Αναφέρεται στη συνέχεια η εφαρμογή των ανωτέρω στα συστήματα της εξαγωγικής μεταλλουργίας, με τα ιδιαίτερα χαρακτηριστικά των πρώτων υλών, καθώς και η εφαρμογή της εργαστηριακής κινητικής στο σχεδιασμό των μεταλλουργικών αντιδραστήρων.

Οι φροντιστηριακές ασκήσεις που επιλύονται από πίνακα, αποτελούν εφαρμογή των μεθόδων που αναπτύσσονται στην θεωρία, για την ερμηνεία των πειραματικών αποτελεσμάτων, και τον προσδιορισμό των κινητικών μεγεθών.

Βαθμολογία

Γραπτή εξέταση στο τέλος του εξαμήνου

Πρόγραμμα Παραδόσεων

  1. Εισαγωγή
  2. Βασικές έννοιες χημικής κινητικής: Είδη αντιδρώντων συστημάτων-Είδη χημικών αντιδράσεων-Ταχύτητα της αντίδρασης-Τάξη και Μοριακότητα-Σταθερά ταχύτητας-Νόμος του Αrrhenius-Θεωρίες ταχυτήτων.
  3. Μαθηματικός χαρακτηρισμός κινητικών συστημάτων: Απλά συστήματα-Συστήματα σταθερού όγκου-Αντιδράσεις πρώτης τάξης-Αντιδράσεις δεύτερης τάξης-Αντιδράσεις τρίτης τάξης-Αντιδράσεις κλασματικής και οποιασδήποτε άλλης τάξης.
  4. Πειραματικές τεχνικές στις κινητικές μελέτες: Γενικά-Χημικές μέθοδοι(μέθοδος δειγματοληψίας)-Φυσικές μέθοδοι.
  5. Ερμηνεία πειραματικών αποτελεσμάτων: Διαφορικές μέθοδοι για την επεξεργασία κινητικών δεδομένων(Διαφόριση των δεδομένων από ένα μόνο πείραμα/Διαφορική μέθοδος με βάση μετρήσεις αρχικής ταχύτητας)- Ολοκληρωτικές μέθοδοιγια την επεξεργασία των κινητικών δεδομένων(Γενική μέθοδος ολοκλήρωσης-γραφική διαδικασία/Μέθοδοι κλασματικής ζωής)-Τεχνικές που χρησιμοποιούνται είτε με ολοκληρωτικές είτε με διαφορικές μεθόδους-Ακρίβεια κινητικών μετρήσεων απλών συστημάτων. 
  6. Κατάλυση: Γενικά- Ετερογενής κατάλυση-Προσρόφηση-Ισόθερμες προσρόφησης-Εκφράσεις ταχύτητας για ετερογενείς καταλυτικές αντιδράσεις-Φυσικός χαρακτηρισμός ετερογενών καταλυτών.
  7. Κινητική στερεού ρευστού: Γενικά-Έκφραση ταχύτητας σε συστήματα στερεού ρευστού-Βασικά βήματα αλληλεπίδρασης στερεού ρευστού,ταχύτητες αυτών-Επιδράσεις των διεργασιών μεταφοράς στις ταχύτητες του χημικού σταδίου-Επίδραση της γεωμετρίας του στερεού στις ταχύτητες των βασικών σταδίων-Κινητικά μοντέλα(πρότυπα)στις μη καταλυτικές αντιδράσεις στερεού ρευστου-Εφαρμογή στα συστήματα της εξαγωγικής μεταλλουργίας-Εφαρμογή της εργαστηριακής κινητικής στο σχεδιασμο μεταλλουργικών αντιδραστήρων.

Λεπτομερές Πρόγραμμα Παραδόσεων

-